la comunicazione fra processi. In questo capitolo affronteremo solo i
meccanismi più elementari che permettono di mettere in comunicazione processi
diversi, come quelli tradizionali che coinvolgono \textit{pipe} e
-\textit{fifo} e i meccanismi di intercomunicazione di System V.
+\textit{fifo} e i meccanismi di intercomunicazione di System V e quelli POSIX.
Tralasceremo invece tutte le problematiche relative alla comunicazione
-attraverso la rete (e le relative interfacce) che saranno affrontate in gran
-dettaglio in un secondo tempo. Non affronteremo invece meccanismi più
+attraverso la rete (e le relative interfacce) che saranno affrontate in
+dettaglio in un secondo tempo. Non affronteremo neanche meccanismi più
complessi ed evoluti come le RPC (\textit{Remote Procedure Calls}) e CORBA
(\textit{Common Object Request Brocker Architecture}) che in genere sono
implementati con un ulteriore livello sopra i meccanismi elementari.
-
\section{La comunicazione fra processi tradizionale}
\label{sec:ipc_unix}
-Il primo meccanismo di comunicazione fra processi usato dai sistemi unix-like
-è quello delle \textit{pipe}, in questa sezione descriveremo le sue basi, le
-funzioni che ne gestiscono l'uso e le varie forme in cui si è evoluto.
+Il primo meccanismo di comunicazione fra processi introdotto nei sistemi Unix,
+è quello delle cosiddette \textit{pipe}; esse costituiscono una delle
+caratteristiche peculiari del sistema, in particolar modo dell'interfaccia a
+linea di comando. In questa sezione descriveremo le sue basi, le funzioni che
+ne gestiscono l'uso e le varie forme in cui si è evoluto.
\subsection{Le \textit{pipe} standard}
\label{sec:ipc_pipes}
-Le \textit{pipe} nascono sostanzialmente con Unix, e sono il primo, ed uno dei
-più usati, meccanismi di comunicazione fra processi. Si tratta in sostanza uno
-speciale tipo di file\footnote{più precisamente un file descriptor; le pipe
- sono create dal kernel e non risiedono su disco.} in cui un processo scrive
-ed un altro legge. Si viene così a costituire un canale di comunicazione fra i
-due processi, nella forma di un \textsl{tubo} (da cui il nome) in cui uno dei
-processi immette dati che poi arriveranno all'altro.
-
+Le \textit{pipe} nascono sostanzialmente con Unix, e sono il primo, e tuttora
+uno dei più usati, meccanismi di comunicazione fra processi. Si tratta in
+sostanza di una una coppia di file descriptor\footnote{si tenga presente che
+ le pipe sono oggetti creati dal kernel e non risiedono su disco.} connessi
+fra di loro in modo che se quanto scrive su di uno si può rileggere
+dall'altro. Si viene così a costituire un canale di comunicazione tramite i
+due file descriptor, nella forma di un \textsl{tubo} (da cui il nome)
+attraverso cui fluiscono i dati.
-La funzione che permette di creare una \textit{pipe} è appunto \func{pipe}; il
-suo prototipo è:
+La funzione che permette di creare questa speciale coppia di file descriptor
+associati ad una \textit{pipe} è appunto \func{pipe}, ed il suo prototipo è:
\begin{prototype}{unistd.h}
{int pipe(int filedes[2])}
\macro{ENFILE} e \macro{EFAULT}.}
\end{prototype}
-La funzione restituisce una coppia di file descriptor nell'array
-\param{filedes}; il primo aperto in lettura ed il secondo in scrittura. Il
-concetto di funzionamento di una \textit{pipe} è relativamente semplice,
-quello che si scrive nel file descriptor aperto in scrittura viene
-ripresentato tale e quale nel file descriptor aperto in lettura, da cui può
-essere riletto.
-
-I file descriptor infatti non sono connessi a nessun file reale, ma ad un
-buffer nel kernel (la cui dimensione è specificata dalla costante
-\macro{PIPE\_BUF}, vedi \secref{sec:sys_file_limits}), di modo che scrivendo
-in uno si può rileggere dall'altro.
-
-Chiaramente creare una pipe all'interno di un processo non serve a niente; se
-però ricordiamo quanto esposto in \secref{sec:file_sharing} riguardo al
-comportamento dei file descriptor nei processi figli, è immediato capire come
-una pipe possa diventare un meccanismo di intercomunicazione. Un processo
-figlio infatti condivide gli stessi file descriptor del padre, compresi quelli
-associati ad una pipe; in questo modo se uno dei processi scrive su un capo
-della pipe, l'altro può leggere.
-
-Tutto ciò ci mosta come sia immediato realizzare un meccanismo di
-comunicazione fra processi attraverso una pipe utilizzando le ordinarie
-proprietà dei file, ma ci mostra anche qual'è il principale\footnote{Stevens
- riporta in APUE come limite anche il fatto che la comunicazione è
- unidirezionale, in realtà questo è un limite facilemente risolvibile usando
- una coppia di \textit{pipe}.} limite nell'uso delle \textit{pipe}. È
-necessario infatti che i processi possano condividere i file descriptor della
-\textit{pipe}; e per questo essi devono comunque derivare da uno stesso
-processo padre che ha aperto la pipe, o, più comunemente, essere nella
-relazione padre/figlio.
+La funzione restituisce la coppia di file descriptor nel vettore
+\param{filedes}; il primo è aperto in lettura ed il secondo in scrittura. Come
+accennato concetto di funzionamento di una pipe è semplice: quello che si
+scrive nel file descriptor aperto in scrittura viene ripresentato tale e quale
+nel file descriptor aperto in lettura. I file descriptor infatti non sono
+connessi a nessun file reale, ma ad un buffer nel kernel, la cui dimensione è
+specificata dalla costante \macro{PIPE\_BUF}, (vedi
+\secref{sec:sys_file_limits}). Lo schema di funzionamento di una pipe è
+illustrato in \figref{fig:ipc_pipe_singular}, in cui sono illustrati i due
+capi della pipe, associati a ciascun file descriptor, con le frecce che
+indicano la direzione del flusso dei dati.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=5cm]{img/pipe}
+ \caption{Schema della struttura di una pipe.}
+ \label{fig:ipc_pipe_singular}
+\end{figure}
+
+Chiaramente creare una pipe all'interno di un singolo processo non serve a
+niente; se però ricordiamo quanto esposto in \secref{sec:file_sharing}
+riguardo al comportamento dei file descriptor nei processi figli, è immediato
+capire come una pipe possa diventare un meccanismo di intercomunicazione. Un
+processo figlio infatti condivide gli stessi file descriptor del padre,
+compresi quelli associati ad una pipe (secondo la situazione illustrata in
+\figref{fig:ipc_pipe_fork}). In questo modo se uno dei processi scrive su un
+capo della pipe, l'altro può leggere.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=5cm]{img/pipefork}
+ \caption{Schema dei collegamenti ad una pipe, condivisi fra processo padre e
+ figlio dopo l'esecuzione \func{fork}.}
+ \label{fig:ipc_pipe_fork}
+\end{figure}
+
+Tutto ciò ci mostra come sia immediato realizzare un meccanismo di
+comunicazione fra processi attraverso una pipe, utilizzando le proprietà
+ordinarie dei file, ma ci mostra anche qual'è il principale\footnote{Stevens
+ in \cite{APUE} riporta come limite anche il fatto che la comunicazione è
+ unidirezionale, ma in realtà questo è un limite facilmente superabile usando
+ una coppia di pipe.} limite nell'uso delle pipe. È necessario infatti che i
+processi possano condividere i file descriptor della pipe, e per questo essi
+devono comunque essere \textsl{parenti} (dall'inglese \textit{siblings}), cioè
+o derivare da uno stesso processo padre in cui è avvenuta la creazione della
+pipe, o, più comunemente, essere nella relazione padre/figlio.
+
+A differenza di quanto avviene con i file normali, la lettura da una pipe può
+essere bloccante (qualora non siano presenti dati), inoltre se si legge da una
+pipe il cui capo in scrittura è stato chiuso, si avrà la ricezione di un EOF
+(vale a dire che la funzione \func{read} ritornerà restituendo 0). Se invece
+si esegue una scrittura su una pipe il cui capo in lettura non è aperto il
+processo riceverà il segnale \macro{EPIPE}, e la funzione di scrittura
+restituirà un errore di \macro{EPIPE} (al ritorno del manipolatore, o qualora
+il segnale sia ignorato o bloccato).
+
+La dimensione del buffer della pipe (\macro{PIPE\_BUF}) ci dà inoltre un'altra
+importante informazione riguardo il comportamento delle operazioni di lettura
+e scrittura su di una pipe; esse infatti sono atomiche fintanto che la
+quantità di dati da scrivere non supera questa dimensione. Qualora ad esempio
+si effettui una scrittura di una quantità di dati superiore l'operazione verrà
+effettuata in più riprese, consentendo l'intromissione di scritture effettuate
+da altri processi.
+
+
+\subsection{Un esempio dell'uso delle pipe}
+\label{sec:ipc_pipe_use}
+
+Per capire meglio il funzionamento delle pipe faremo un esempio di quello che
+è il loro uso più comune, analogo a quello effettuato della shell, e che
+consiste nell'inviare l'output di un processo (lo standard output) sull'input
+di un'altro. Realizzeremo il programma di esempio nella forma di un
+\textit{CGI}\footnote{Un CGI (\textit{Common Gateway Interface}) è un
+ programma che permette la creazione dinamica di un oggetto da inserire
+ all'interno di una pagina HTML.} per apache, che genera una immagine JPEG
+di un codice a barre, specificato come parametro di input.
+
+Un programma che deve essere eseguito come \textit{CGI} deve rispondere a
+delle caratteristiche specifiche, esso infatti non viene lanciato da una
+shell, ma dallo stesso web server, alla richiesta di una specifica URL, che di
+solito ha la forma:
+\begin{verbatim}
+ http://www.sito.it/cgi-bin/programma?parametro
+\end{verbatim}
+ed il risultato dell'elaborazione deve essere presentato (con una intestazione
+che ne descrive il mime-type) sullo standard output, in modo che il web-server
+possa reinviarlo al browser che ha effettuato la richiesta, che in questo modo
+è in grado di visualizzarlo opportunamente.
+
+Per realizzare quanto voluto useremo in sequenza i programmi \cmd{barcode} e
+\cmd{gs}, il primo infatti è in grado di generare immagini postscript di
+codici a barre corrispondenti ad una qualunque stringa, mentre il secondo
+serve per poter effettuare la conversione della stessa immagine in formato
+JPEG. Usando una pipe potremo inviare l'output del primo sull'input del
+secondo, secondo lo schema mostrato in \figref{fig:ipc_pipe_use}, in cui la
+direzione del flusso dei dati è data dalle frecce continue.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=5cm]{img/pipeuse}
+ \caption{Schema dell'uso di una pipe come mezzo di comunicazione fra
+ due processi attraverso attraverso l'esecuzione una \func{fork} e la
+ chiusura dei capi non utilizzati.}
+ \label{fig:ipc_pipe_use}
+\end{figure}
+
+Si potrebbe obiettare che sarebbe molto più semplice salvare il risultato
+intermedio su un file temporaneo. Questo però non tiene conto del fatto che un
+\textit{CGI} deve poter gestire più richieste in concorrenza, e si avrebbe una
+evidente race condition in caso di accesso simultaneo a detto
+file.\footnote{il problema potrebbe essere superato determinando in anticipo
+ un nome appropriato per il file temporaneo, che verrebbe utilizzato dai vari
+ sotto-processi, e cancellato alla fine della loro esecuzione; ma a questo le
+ cose non sarebbero più tanto semplici.} L'uso di una pipe invece permette
+di risolvere il problema in maniera semplice ed elegante, oltre ad essere
+molto più efficiente, dato che non si deve scrivere su disco.
+
+Il programma ci servirà anche come esempio dell'uso delle funzioni di
+duplicazione dei file descriptor che abbiamo trattato in
+\secref{sec:file_dup}, in particolare di \func{dup2}. È attraverso queste
+funzioni infatti che è possibile dirottare gli stream standard dei processi
+(che abbiamo visto in \secref{sec:file_std_descr} e
+\secref{sec:file_std_stream}) sulla pipe. In \figref{fig:ipc_barcodepage_code}
+abbiamo riportato il corpo del programma, il cui codice completo è disponibile
+nel file \file{BarCodePage.c} che si trova nella directory dei sorgenti.
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
+{
+ ...
+ /* create two pipes, pipein and pipeout, to handle communication */
+ if ( (retval = pipe(pipein)) ) {
+ WriteMess("input pipe creation error");
+ exit(0);
+ }
+ if ( (retval = pipe(pipeout)) ) {
+ WriteMess("output pipe creation error");
+ exit(0);
+ }
+ /* First fork: use child to run barcode program */
+ if ( (pid = fork()) == -1) { /* on error exit */
+ WriteMess("child creation error");
+ exit(0);
+ }
+ /* if child */
+ if (pid == 0) {
+ close(pipein[1]); /* close pipe write end */
+ dup2(pipein[0], STDIN_FILENO); /* remap stdin to pipe read end */
+ close(pipeout[0]);
+ dup2(pipeout[1], STDOUT_FILENO); /* remap stdout in pipe output */
+ execlp("barcode", "barcode", size, NULL);
+ }
+ close(pipein[0]); /* close input side of input pipe */
+ write(pipein[1], argv[1], strlen(argv[1])); /* write parameter to pipe */
+ close(pipein[1]); /* closing write end */
+ waitpid(pid, NULL, 0); /* wait child completion */
+ /* Second fork: use child to run ghostscript */
+ if ( (pid = fork()) == -1) {
+ WriteMess("child creation error");
+ exit(0);
+ }
+ /* second child, convert PS to JPEG */
+ if (pid == 0) {
+ close(pipeout[1]); /* close write end */
+ dup2(pipeout[0], STDIN_FILENO); /* remap read end to stdin */
+ /* send mime type */
+ write(STDOUT_FILENO, content, strlen(content));
+ execlp("gs", "gs", "-q", "-sDEVICE=jpeg", "-sOutputFile=-", "-", NULL);
+ }
+ /* still parent */
+ close(pipeout[1]);
+ waitpid(pid, NULL, 0);
+ exit(0);
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del codice del \textit{CGI}
+ \file{BarCodePage.c}.}
+ \label{fig:ipc_barcodepage_code}
+\end{figure}
+
+La prima operazione del programma (\texttt{\small 4--12}) è quella di creare
+le due pipe che serviranno per la comunicazione fra i due comandi utilizzati
+per produrre il codice a barre; si ha cura di controllare la riuscita della
+chiamata, inviando in caso di errore un messaggio invece dell'immagine
+richiesta.\footnote{la funzione \func{WriteMess} non è riportata in
+ \secref{fig:ipc_barcodepage_code}; essa si incarica semplicemente di
+ formattare l'uscita alla maniera dei CGI, aggiungendo l'opportuno
+ \textit{mime type}, e formattando il messaggio in HTML, in modo che
+ quest'ultimo possa essere visualizzato correttamente da un browser.}
+
+Una volta create le pipe, il programma può creare (\texttt{\small 13-17}) il
+primo processo figlio, che si incaricherà (\texttt{\small 19--25}) di eseguire
+\cmd{barcode}. Quest'ultimo legge dallo standard input una stringa di
+caratteri, la converte nell'immagine postscript del codice a barre ad essa
+corrispondente, e poi scrive il risultato direttamente sullo standard output.
+
+Per poter utilizzare queste caratteristiche prima di eseguire \cmd{barcode} si
+chiude (\texttt{\small 20}) il capo aperto in scrittura della prima pipe, e se
+ne collega (\texttt{\small 21}) il capo in lettura allo standard input, usando
+\func{dup2}. Si ricordi che invocando \func{dup2} il secondo file, qualora
+risulti aperto, viene, come nel caso corrente, chiuso prima di effettuare la
+duplicazione. Allo stesso modo, dato che \cmd{barcode} scrive l'immagine
+postscript del codice a barre sullo standard output, per poter effettuare una
+ulteriore redirezione il capo in lettura della seconda pipe viene chiuso
+(\texttt{\small 22}) mentre il capo in scrittura viene collegato allo standard
+output (\texttt{\small 23}).
+
+In questo modo all'esecuzione (\texttt{\small 25}) di \cmd{barcode} (cui si
+passa in \var{size} la dimensione della pagina per l'immagine) quest'ultimo
+leggerà dalla prima pipe la stringa da codificare che gli sarà inviata dal
+padre, e scriverà l'immagine postscript del codice a barre sulla seconda.
+
+Al contempo una volta lanciato il primo figlio, il processo padre prima chiude
+(\texttt{\small 26}) il capo inutilizzato della prima pipe (quello in input) e
+poi scrive (\texttt{\small 27}) la stringa da convertire sul capo in output,
+così che \cmd{barcode} possa riceverla dallo standard input. A questo punto
+l'uso della prima pipe da parte del padre è finito ed essa può essere
+definitivamente chiusa (\texttt{\small 28}), si attende poi (\texttt{\small
+ 29}) che l'esecuzione di \cmd{barcode} sia completata.
+
+Alla conclusione della sua esecuzione \cmd{barcode} avrà inviato l'immagine
+postscript del codice a barre sul capo in scrittura della seconda pipe; a
+questo punto si può eseguire la seconda conversione, da PS a JPEG, usando il
+programma \cmd{gs}. Per questo si crea (\texttt{\small 30--34}) un secondo
+processo figlio, che poi (\texttt{\small 35--42}) eseguirà questo programma
+leggendo l'immagine postscript creata da \cmd{barcode} dallo standard input,
+per convertirla in JPEG.
+
+Per fare tutto ciò anzitutto si chiude (\texttt{\small 37}) il capo in
+scrittura della seconda pipe, e se ne collega (\texttt{\small 38}) il capo in
+lettura allo standard input. Per poter formattare l'output del programma in
+maniera utilizzabile da un browser, si provvede anche \texttt{\small 40}) alla
+scrittura dell'apposita stringa di identificazione del mime-type in testa allo
+standard output. A questo punto si può invocare \texttt{\small 41}) \cmd{gs},
+provvedendo gli appositi switch che consentono di leggere il file da
+convertire dallo standard input e di inviare la conversione sullo standard
+output.
+
+Per completare le operazioni il processo padre chiude (\texttt{\small 44}) il
+capo in scrittura della seconda pipe, e attende la conclusione del figlio
+(\texttt{\small 45}); a questo punto può (\texttt{\small 46}) uscire. Si tenga
+conto che l'operazione di chiudere il capo in scrittura della seconda pipe è
+necessaria, infatti, se non venisse chiusa, \cmd{gs}, che legge il suo
+standard input da detta pipe, resterebbe bloccato in attesa di ulteriori dati
+in ingresso (l'unico modo che un programma ha per sapere che l'input è
+terminato è rilevare che lo standard input è stato chiuso), e la \func{wait}
+non ritornerebbe.
+
+
+\subsection{Le funzioni \func{popen} e \func{pclose}}
+\label{sec:ipc_popen}
+
+Come si è visto la modalità più comune di utilizzo di una pipe è quella di
+utilizzarla per fare da tramite fra output ed input di due programmi invocati
+in sequenza; per questo motivo lo standard POSIX.2 ha introdotto due funzioni
+che permettono di sintetizzare queste operazioni. La prima di esse si chiama
+\func{popen} ed il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{stdio.h}
+{FILE *popen(const char *command, const char *type)}
+
+Esegue il programma \param{command}, di cui, a seconda di \param{type},
+restituisce, lo standard input o lo standard output nella pipe collegata allo
+stream restituito come valore di ritorno.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce l'indirizzo dello stream associato alla pipe
+ in caso di successo e \macro{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno}
+ potrà assumere i valori relativi alle sottostanti invocazioni di \func{pipe}
+ e \func{fork} o \macro{EINVAL} se \param{type} non è valido.}
+\end{prototype}
+
+La funzione crea una pipe, esegue una \func{fork}, ed invoca il programma
+\param{command} attraverso la shell (in sostanza esegue \file{/bin/sh} con il
+flag \code{-c}); l'argomento \param{type} deve essere una delle due stringhe
+\verb|"w"| o \verb|"r"|, per indicare se la pipe sarà collegata allo standard
+input o allo standard output del comando invocato.
+
+La funzione restituisce il puntatore allo stream associato alla pipe creata,
+che sarà aperto in sola lettura (e quindi associato allo standard output del
+programma indicato) in caso si sia indicato \code{"r"}, o in sola scrittura (e
+quindi associato allo standard input) in caso di \code{"w"}.
+
+Lo stream restituito da \func{popen} è identico a tutti gli effetti ai file
+stream visti in \secref{cha:files_std_interface}, anche se è collegato ad una
+pipe e non ad un inode, e viene sempre aperto in modalità
+\textit{fully-buffered} (vedi \secref{sec:file_buffering}); l'unica differenza
+con gli usuali stream è che dovrà essere chiuso dalla seconda delle due nuove
+funzioni, \func{pclose}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{stdio.h}
+{int pclose(FILE *stream)}
+
+Chiude il file \param{stream}, restituito da una precedente \func{popen}
+attendendo la terminazione del processo ad essa associato.
+
+\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore; nel quel caso il valore di \func{errno} deriva dalle sottostanti
+ chiamate.}
+\end{prototype}
+\noindent che oltre alla chiusura dello stream si incarica anche di attendere
+(tramite \func{wait4}) la conclusione del processo creato dalla precedente
+\func{popen}.
+
+Per illustrare l'uso di queste due funzioni riprendiamo il problema
+precedente: il programma mostrato in \figref{fig:ipc_barcodepage_code} per
+quanto funzionante, è (volutamente) codificato in maniera piuttosto complessa,
+inoltre nella pratica sconta un problema di \cmd{gs} che non è in
+grado\footnote{nella versione GNU Ghostscript 6.53 (2002-02-13).} di
+riconoscere correttamente l'encapsulated postscript, per cui deve essere usato
+il postscript e tutte le volte viene generata una pagina intera, invece che
+una immagine delle dimensioni corrispondenti al codice a barre.
+
+Se si vuole generare una immagine di dimensioni appropriate si deve usare un
+approccio diverso. Una possibilità sarebbe quella di ricorrere ad ulteriore
+programma, \cmd{epstopsf}, per convertire in PDF un file EPS (che può essere
+generato da \cmd{barcode} utilizzando lo switch \cmd{-E}). Utilizzando un PDF
+al posto di un EPS \cmd{gs} esegue la conversione rispettando le dimensioni
+originarie del codice a barre e produce un JPEG di dimensioni corrette.
+
+Questo approccio però non funziona, per via di una delle caratteristiche
+principali delle pipe. Per poter effettuare la conversione di un PDF infatti è
+necessario, per la struttura del formato, potersi spostare (con \func{lseek})
+all'interno del file da convertire; se si esegue la conversione con \cmd{gs} su
+un file regolare non ci sono problemi, una pipe però è rigidamente
+sequenziale, e l'uso di \func{lseek} su di essa fallisce sempre con un errore
+di \macro{ESPIPE}, rendendo impossibile la conversione. Questo ci dice che in
+generale la concatenazione di vari programmi funzionerà soltanto quando tutti
+prevedono una lettura sequenziale del loro input.
+
+Per questo motivo si è dovuto utilizzare un procedimento diverso, eseguendo
+prima la conversione (sempre con \cmd{gs}) del PS in un altro formato
+intermedio, il PPM,\footnote{il \textit{Portable PixMap file format} è un
+ formato usato spesso come formato intermedio per effettuare conversioni, è
+ infatti molto facile da manipolare, dato che usa caratteri ASCII per
+ memorizzare le immagini, anche se per questo è estremamente inefficiente.}
+dal quale poi si può ottenere un'immagine di dimensioni corrette attraverso
+vari programmi di manipolazione (\cmd{pnmcrop}, \cmd{pnmmargin}) che può
+essere infine trasformata in PNG (con \cmd{pnm2png}).
+
+In questo caso però occorre eseguire in sequenza ben quattro comandi diversi,
+inviando l'output di ciascuno all'input del successivo, per poi ottenere il
+risultato finale sullo standard output: un caso classico di utilizzazione
+delle pipe, in cui l'uso di \func{popen} e \func{pclose} permette di
+semplificare notevolmente la stesura del codice.
+
+Nel nostro caso, dato che ciascun processo deve scrivere il suo output sullo
+standard input del successivo, occorrerà usare \func{popen} aprendo la pipe in
+scrittura. Il codice del nuovo programma è riportato in
+\figref{fig:ipc_barcode_code}. Come si può notare l'ordine di invocazione dei
+programmi è l'inverso di quello in cui ci si aspetta che vengano
+effettivamente eseguiti. Questo non comporta nessun problema dato che la
+lettura su una pipe è bloccante, per cui ciascun processo, per quanto lanciato
+per primo, si bloccherà in attesa di ricevere sullo standard input il
+risultato dell'elaborazione del precedente, benchè quest'ultimo venga
+invocato dopo.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
+{
+ FILE *pipe[4];
+ FILE *pipein;
+ char *cmd_string[4]={
+ "pnmtopng",
+ "pnmmargin -white 10",
+ "pnmcrop",
+ "gs -sDEVICE=ppmraw -sOutputFile=- -sNOPAUSE -q - -c showpage -c quit"
+ };
+ char content[]="Content-type: image/png\n\n";
+ int i;
+ /* write mime-type to stout */
+ write(STDOUT_FILENO, content, strlen(content));
+ /* execute chain of command */
+ for (i=0; i<4; i++) {
+ pipe[i] = popen(cmd_string[i], "w");
+ dup2(fileno(pipe[i]), STDOUT_FILENO);
+ }
+ /* create barcode (in PS) */
+ pipein = popen("barcode", "w");
+ /* send barcode string to barcode program */
+ write(fileno(pipein), argv[1], strlen(argv[1]));
+ /* close all pipes (in reverse order) */
+ for (i=4; i==0; i--) {
+ pclose((pipe[i]));
+ }
+ exit(0);
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Codice completo del \textit{CGI} \file{BarCode.c}.}
+ \label{fig:ipc_barcode_code}
+\end{figure}
+
+Nel nostro caso il primo passo (\texttt{\small 14}) è scrivere il mime-type
+sullo standard output; a questo punto il processo padre non necessita più di
+eseguire ulteriori operazioni sullo standard output e può tranquillamente
+provvedere alla redirezione.
+
+Dato che i vari programmi devono essere lanciati in successione, si è
+approntato un ciclo (\texttt{\small 15--19}) che esegue le operazioni in
+sequenza: prima crea una pipe (\texttt{\small 17}) per la scrittura eseguendo
+il programma con \func{popen}, in modo che essa sia collegata allo standard
+input, e poi redirige (\texttt{\small 18}) lo standard output su detta pipe.
+In questo modo il primo processo ad essere invocato (che è l'ultimo della
+catena) scriverà ancora sullo standard output del processo padre, ma i
+successivi, a causa di questa redirezione, scriveranno sulla pipe associata
+allo standard input del processo invocato nel ciclo precedente.
+
+Alla fine tutto quello che resta da fare è lanciare (\texttt{\small 21}) il
+primo processo della catena, che nel caso è \cmd{barcode}, e scrivere
+(\texttt{\small 23}) la stringa del codice a barre sulla pipe, che è collegata
+al suo standard input, infine si può eseguire (\texttt{\small 24--27}) un
+ciclo che chiuda, nell'ordine inverso rispetto a quello in cui le si sono
+create, tutte le pipe create con \func{pclose}.
\subsection{Le \textit{pipe} con nome, o \textit{fifo}}
\label{sec:ipc_named_pipe}
-Per poter superare il problema delle \textit{pipe} originali, che consentono
-la comunicazione solo fra processi correlati, passando attraverso strutture
-interne del kernel, sono stati introdotti dei nuovi oggetti, le \textit{fifo},
-che invece possono risiedere sul filesystem, e che i processi possono usare
-per le comunicazioni senza dovere per forza essere in relazione diretta.
+Come accennato in \secref{sec:ipc_pipes} il problema delle \textit{pipe} è che
+esse possono essere utilizzate solo da processi con un progenitore comune o
+nella relazione padre/figlio; per superare questo problema lo standard POSIX.1
+ha definito dei nuovi oggetti, le \textit{fifo}, che hanno le stesse
+caratteristiche delle pipe, ma che invece di essere strutture interne del
+kernel, visibili solo attraverso un file descriptor, sono accessibili
+attraverso un inode che risiede sul filesystem, così che i processi le possono
+usare senza dovere per forza essere in una relazione di \textsl{parentela}.
+
+Utilizzando una \textit{fifo} tutti i dati passeranno, come per le pipe,
+attraverso un apposito buffer nel kernel, senza transitare dal filesystem;
+l'inode allocato sul filesystem serve infatti solo a fornire un punto di
+riferimento per i processi, che permetta loro di accedere alla stessa fifo; il
+comportamento delle funzioni di lettura e scrittura è identico a quello
+illustrato per le pipe in \secref{sec:ipc_pipes}.
+
+Abbiamo già visto in \secref{sec:file_mknod} le funzioni \func{mknod} e
+\func{mkfifo} che permettono di creare una fifo; per utilizzarne una un
+processo non avrà che da aprire il relativo file speciale o in lettura o
+scrittura; nel primo caso sarà collegato al capo di uscita della fifo, e dovrà
+leggere, nel secondo al capo di ingresso, e dovrà scrivere.
+Il kernel crea una singola pipe per ciascuna fifo che sia stata aperta, che può
+essere acceduta contemporaneamente da più processi, sia in lettura che in
+scrittura. Dato che per funzionare deve essere aperta in entrambe le
+direzioni, per una fifo di norma la funzione \func{open} si blocca se viene
+eseguita quando l'altro capo non è aperto.
+Le fifo però possono essere anche aperte in modalità \textsl{non-bloccante},
+nel qual caso l'apertura del capo in lettura avrà successo solo quando anche
+l'altro capo è aperto, mentre l'apertura del capo in scrittura restituirà
+l'errore di \macro{ENXIO} fintanto che non verrà aperto il capo in lettura.
+In Linux è possibile aprire le fifo anche in lettura/scrittura,\footnote{lo
+ standard POSIX lascia indefinito il comportamento in questo caso.}
+operazione che avrà sempre successo immediato qualunque sia la modalità di
+apertura (bloccante e non bloccante); questo può essere utilizzato per aprire
+comunque una fifo in scrittura anche se non ci sono ancora processi il
+lettura; è possibile anche usare la fifo all'interno di un solo processo, nel
+qual caso però occorre stare molto attenti alla possibili
+situazioni di stallo.\footnote{se si cerca di leggere da una fifo che non contiene dati si
+ avrà un deadlock immediato, dato che il processo si blocca e non potrà
+ quindi mai eseguire le funzioni di scrittura.}
+
+Per la loro caratteristica di essere accessibili attraverso il filesystem, è
+piuttosto frequente l'utilizzo di una fifo come canale di comunicazione nelle
+situazioni un processo deve ricevere informazioni da altri. In questo caso è
+fondamentale che le operazioni di scrittura siano atomiche; per questo si deve
+sempre tenere presente che questo è vero soltanto fintanto che non si supera
+il limite delle dimensioni di \macro{PIPE\_BUF} (si ricordi quanto detto in
+\secref{sec:ipc_pipes}).
+
+A parte il caso precedente, che resta probabilmente il più comune, Stevens
+riporta in \cite{APUE} altre due casistiche principali per l'uso delle fifo:
+\begin{itemize}
+\item Da parte dei comandi di shell, per evitare la creazione di file
+ temporanei quando si devono inviare i dati di uscita di un processo
+ sull'input di parecchi altri (attraverso l'uso del comando \cmd{tee}).
+\item Come canale di comunicazione fra client ed server (il modello
+ \textit{client-server} è illustrato in \secref{sec:net_cliserv}).
+\end{itemize}
+
+Nel primo caso quello che si fa è creare tante fifo, da usare come standard
+input, quanti sono i processi a cui i vogliono inviare i dati, questi ultimi
+saranno stati posti in esecuzione ridirigendo lo standard input dalle fifo, si
+potrà poi eseguire il processo che fornisce l'output replicando quest'ultimo,
+con il comando \cmd{tee}, sulle varie fifo.
+
+Il secondo caso è relativamente semplice qualora si debba comunicare con un
+processo alla volta (nel qual caso basta usare due fifo, una per leggere ed
+una per scrivere), le cose diventano invece molto più complesse quando si
+vuole effettuare una comunicazione fra il server ed un numero imprecisato di
+client; se il primo infatti può ricevere le richieste attraverso una fifo
+``nota'', per le risposte non si può fare altrettanto, dato che, per la
+struttura sequenziale delle fifo, i client dovrebbero sapere, prima di
+leggerli, quando i dati inviati sono destinati a loro.
+
+Per risolvere questo problema, si può usare un'architettura come quella
+illustrata in \figref{fig:ipc_fifo_server_arch} in cui i client inviano le
+richieste al server su una fifo nota mentre le risposte vengono reinviate dal
+server a ciascuno di essi su una fifo temporanea creata per l'occazione.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[height=9cm]{img/fifoserver}
+ \caption{Schema dell'utilizzo delle fifo nella realizzazione di una
+ architettura di comunicazione client/server.}
+ \label{fig:ipc_fifo_server_arch}
+\end{figure}
+
+Come esempio di uso questa architettura e dell'uso delle fifo, abbiamo scritto
+un server di \textit{fortunes}, che restituisce, alle richieste di un client,
+un detto a caso estratto da un insieme di frasi; sia il numero delle frasi
+dell'insieme, che i file da cui esse vengono lette all'avvio, sono importabili
+da riga di comando. Il corpo principale del server è riportato in
+\figref{fig:ipc_fifo_server}, dove si è tralasciata la parte che tratta la
+gestione delle opzioni a riga di comando, che effettua il settaggio delle
+variabili \var{fortunefilename}, che indica il file da cui leggere le frasi,
+ed \var{n}, che indica il numero di frasi tenute in memoria, ad un valore
+diverso da quelli preimpostati. Il codice completo è nel file
+\file{FortuneServer.c}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+char *fifoname = "/tmp/fortune.fifo";
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+/* Variables definition */
+ int i, n = 0;
+ char *fortunefilename = "/usr/share/games/fortunes/italia";
+ char **fortune;
+ char line[80];
+ int fifo_server, fifo_client;
+ int nread;
+ ...
+ if (n==0) usage(); /* if no pool depth exit printing usage info */
+ Signal(SIGTERM, HandSIGTERM); /* set handlers for termination */
+ Signal(SIGINT, HandSIGTERM);
+ Signal(SIGQUIT, HandSIGTERM);
+ i = FortuneParse(fortunefilename, fortune, n); /* parse phrases */
+ if (mkfifo(fifoname, 0622)) { /* create well known fifo if does't exist */
+ if (errno!=EEXIST) {
+ perror("Cannot create well known fifo");
+ exit(1);
+ }
+ }
+ /* open fifo two times to avoid EOF */
+ fifo_server = open(fifoname, O_RDONLY);
+ if (fifo_server < 0) {
+ perror("Cannot open read only well known fifo");
+ exit(1);
+ }
+ if (open(fifoname, O_WRONLY) < 0) {
+ perror("Cannot open write only well known fifo");
+ exit(1);
+ }
+ /* Main body: loop over requests */
+ while (1) {
+ nread = read(fifo_server, line, 79); /* read request */
+ if (nread < 0) {
+ perror("Read Error");
+ exit(1);
+ }
+ line[nread] = 0; /* terminate fifo name string */
+ n = random() % i; /* select random value */
+ fifo_client = open(line, O_WRONLY); /* open client fifo */
+ if (fifo_client < 0) {
+ perror("Cannot open");
+ exit(1);
+ }
+ nread = write(fifo_client, /* write phrase */
+ fortune[n], strlen(fortune[n])+1);
+ close(fifo_client); /* close client fifo */
+ }
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del codice del server di \textit{fortunes}
+ basato sulle fifo.}
+ \label{fig:ipc_fifo_server}
+\end{figure}
+
+Il server richiede (\texttt{\small 12}) che sia stata impostata una dimensione
+dell'insieme delle frasi non nulla, dato che l'inizializzazione del vettore
+\var{fortune} avviene solo quando questa dimensione viene specificata, la
+presenza di un valore nullo provoca l'uscita dal programma attraverso la
+routine (non riportata) che ne stampa le modalità d'uso. Dopo di che installa
+(\texttt{\small 13--15}) la funzione che gestisce i segnali di interruzione
+(anche questa non è riportata in \figref{fig:ipc_fifo_server}) che si limita a
+rimuovere dal filesystem la fifo usata dal server per comunicare.
+
+Terminata l'inizializzazione (\texttt{\small 16}) si effettua la chiamata alla
+funzione \code{FortuneParse} che legge dal file specificato in
+\var{fortunefilename} le prime \var{n} frasi e le memorizza (allocando
+dinamicamente la memoria necessaria) nel vettore di puntatori \var{fortune}.
+Anche il codice della funzione non è riportato, in quanto non direttamente
+attinente allo scopo dell'esempio.
+
+Il passo successivo (\texttt{\small 17--22}) è quello di creare con
+\func{mkfifo} la fifo nota sulla quale il server ascolterà le richieste,
+qualora si riscontri un errore il server uscirà (escludendo ovviamente il caso
+in cui la funzione \func{mkfifo} fallisce per la precedente esistenza della
+fifo).
+
+Una volta che si è certi che la fifo di ascolto esiste si procede
+(\texttt{\small 23--32}) alla sua apertura. Questo viene fatto due volte
+per evitare di dover gestire all'interno del ciclo principale il caso in cui
+il server è in ascolto ma non ci sono client che effettuano richieste.
+Si ricordi infatti che quando una fifo è aperta solo dal capo in lettura,
+l'esecuzione di \func{read} ritorna con zero byte (si ha cioè una condizione
+di end-of-file).
+
+Nel nostro caso la prima apertura si bloccherà fintanto che un qualunque
+client non apre a sua volta la fifo nota in scrittura per effettuare la sua
+richiesta. Pertanto all'inizio non ci sono probelmi, il client però, una volta
+ricevuta la risposta, uscirà, chiudendo tutti i file aperti, compresa la fifo.
+A questo punto il server resta (se non ci sono altri client che stanno
+effettuando richieste) con la fifo chiusa sul lato in lettura e a questo punto
+\func{read} non si bloccherà in attesa di input, ma ritornerà in continuazione
+restituendo un end-of-file.\footnote{Si è usata questa tecnica per
+ compatibilità, Linux infatti supporta l'apertura delle fifo in
+ lettura/scrittura, per cui si sarebbe potuto effettuare una singola apertura
+ con \macro{O\_RDWR}, la doppia apertura comunque ha il vantaggio che non si
+ può scrivere per errore sul capo aperto in sola lettura.}
+
+Per questo motivo, dopo aver eseguito l'apertura in lettura (\texttt{\small
+ 24--28}),\footnote{di solito si effettua l'apertura del capo in lettura in
+ modalità non bloccante, per evitare il rischio di uno stallo (se nessuno
+ apre la fifo in scrittura il processo non ritornerà mai dalla \func{open})
+ che nel nostro caso non esiste, mentre è necessario potersi bloccare in
+ lettura in attesa di una richiesta.} si esegue una seconda apertura in
+scrittura (\texttt{\small 29--32}), scartando il relativo file descriptor che
+non sarà mai usato, ma lasciando la fifo comunque aperta anche in scrittura,
+cosicché le successive possano bloccarsi.
+
+A questo punto si può entrare nel ciclo principale del programma che fornisce
+le risposte ai client (\texttt{\small 34--50}), che viene eseguito
+indefinitamente (l'uscita del server viene effettuata inviando un segnale, in
+modo da passare attraverso la routine di chiusura che cancella la fifo).
+
+Il server è progettato per accettare come richieste dai client delle stringhe
+che contengono il nome della fifo sulla quale deve essere inviata la risposta.
+Per cui prima (\texttt{\small 35--39}) si esegue la lettura dalla stringa di
+richiesta dalla fifo nota (che a questo punto si bloccherà tutte le volte che
+non ci sono richieste). Dopo di che, una volta terminata la stringa
+(\texttt{\small 40}) e selezionato (\texttt{\small 41}) un numero casuale per
+ricavare la frase da inviare, si procederà (\texttt{\small 42--46})
+all'apertura della fifo per la risposta, che \texttt{\small 47--48}) poi vi
+sarà scritta. Infine (\texttt{\small 49}) si chiude la fifo di risposta che
+non serve più.
+
+Il codice del client è invece riportato in \figref{fig:ipc_fifo_client}, anche
+in questo caso si è omessa la gestione delle opzioni e la funzione che stampa
+a video le informazioni di utilizzo ed esce, riportando solo la sezione
+principale del programma e le definizioni delle variabili. Il codice completo
+è nel file \file{FortuneClient.c} dei sorgenti allegati.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+/* Variables definition */
+ int n = 0;
+ char *fortunefilename = "/tmp/fortune.fifo";
+ char line[80];
+ int fifo_server, fifo_client;
+ char fifoname[80];
+ int nread;
+ char buffer[PIPE_BUF];
+ ...
+ snprintf(fifoname, 80, "/tmp/fortune.%d", getpid()); /* compose name */
+ if (mkfifo(fifoname, 0622)) { /* open client fifo */
+ if (errno!=EEXIST) {
+ perror("Cannot create well known fifo");
+ exit(-1);
+ }
+ }
+ fifo_server = open(fortunefilename, O_WRONLY); /* open server fifo */
+ if (fifo_server < 0) {
+ perror("Cannot open well known fifo");
+ exit(-1);
+ }
+ nread = write(fifo_server, fifoname, strlen(fifoname)+1); /* write name */
+ close(fifo_server); /* close server fifo */
+ fifo_client = open(fifoname, O_RDONLY); /* open client fifo */
+ if (fifo_client < 0) {
+ perror("Cannot open well known fifo");
+ exit(-1);
+ }
+ nread = read(fifo_client, buffer, sizeof(buffer)); /* read answer */
+ printf("%s", buffer); /* print fortune */
+ close(fifo_client); /* close client */
+ close(fifo_server); /* close server */
+ unlink(fifoname); /* remove client fifo */
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del codice del client di \textit{fortunes}
+ basato sulle fifo.}
+ \label{fig:ipc_fifo_client}
+\end{figure}
+
+La prima istruzione (\texttt{\small 12}) compone il nome della fifo che dovrà
+essere utilizzata per ricevere la risposta dal server. Si usa il \acr{pid}
+del processo per essere sicuri di avere un nome univoco; dopo di che
+(\texttt{\small 13-18}) si procede alla creazione del relativo file, uscendo
+in caso di errore (a meno che il file non sia già presente sul filesystem).
+
+A questo punto il client può effettuare l'interrogazione del server, per
+questo prima si apre la fifo nota (\texttt{\small 19--23}), e poi ci si scrive
+(\texttt{\small 24}) la stringa composta in precedenza, che contiene il nome
+della fifo da utilizzare per la risposta. Infine si richiude la fifo del
+server che a questo punto non serve più (\texttt{\small 25}).
+
+Inoltrata la richiesta si può passare alla lettura della risposta; anzitutto
+si apre (\texttt{\small 26--30}) la fifo appena creata, da cui si deve
+riceverla, dopodiché si effettua una lettura (\texttt{\small 31})
+nell'apposito buffer; si è supposto, come è ragionevole, che le frasi inviate
+dal server siano sempre di dimensioni inferiori a \macro{PIPE\_BUF},
+tralasciamo la gestione del caso in cui questo non è vero. Infine si stampa
+(\texttt{\small 32}) a video la risposta, si chiude (\texttt{\small 33}) la
+fifo e si cancella (\texttt{\small 34}) il relativo file.
+
+Si noti come la fifo per la risposta sia stata aperta solo dopo aver inviato
+la richiesta, se non si fosse fatto così si avrebbe avuto uno stallo, in
+quanto senza la richiesta, il server non avrebbe potuto aprirne il capo in
+scrittura e l'apertura si sarebbe bloccata indefinitamente.
+
+Benché il nostro sistema client-server funzioni, la sua struttura è piuttosto
+complessa e continua ad avere vari inconvenienti\footnote{lo stesso Stevens,
+ che esamina questa architettura in \cite{APUE}, nota come sia impossibile
+ per il server sapere se un client è andato in crash, con la possibilità di
+ far restare le fifo temporanee sul filesystem, di come sia necessario
+ intercettare \macro{SIGPIPE} dato che un client può terminare dopo aver
+ fatto una richiesta, ma prima che la risposta sia inviata (cosa che nel
+ nostro esempio non è stata fatta).}; in generale infatti l'interfaccia delle
+fifo non è adatta a risolvere questo tipo di problemi, che possono essere
+affrontati in maniera più semplice ed efficace o usando i
+\textit{socket}\index{socket} (che tratteremo in dettaglio a partire da
+\capref{cha:socket_intro}) o ricorrendo a meccanismi di comunicazione diversi,
+come quelli che esamineremo in seguito.
+
+
+
\section{La comunicazione fra processi di System V}
\label{sec:ipc_sysv}
-Per ovviare ai vari limiti dei meccanismo tradizionale di comunicazione fra
-processi visto in \secref{sec:ipc_unix}, nello sviluppo di System V vennero
-introdotti una serie di nuovi oggetti e relative interdacce che garantissero
-una maggiore flessibilità; in questa sezione esamineremo quello che viene
-ormai chiamato il \textit{System V Inter-Process Comunication System}, più
-comunemente noto come \textit{SystemV IPC}.
-
+Benché le pipe e le fifo siano ancora ampiamente usate, esse scontano il
+limite fondamentale che il meccanismo di comunicazione che forniscono è
+rigidamente sequenziale: una situazione in cui un processo scrive qualcosa che
+molti altri devono poter leggere non può essere implementata con una pipe.
+
+Per questo nello sviluppo di System V vennero introdotti una serie di nuovi
+oggetti per la comunicazione fra processi ed una nuova interfaccia di
+programmazione, che fossero in grado di garantire una maggiore flessibilità.
+In questa sezione esamineremo come Linux supporta quello che viene ormai
+chiamato il \textsl{Sistema di comunicazione inter-processo} di System V, o
+\textit{System V IPC (Inter-Process Comunication)}.
+
+
+
+\subsection{Considerazioni generali}
+\label{sec:ipc_sysv_generic}
+
+La principale caratteristica del sistema di IPC di System V è quella di essere
+basato su oggetti permanenti che risiedono nel kernel. Questi, a differenza di
+quanto avviene per i file descriptor, non mantengono un contatore dei
+riferimenti, e non vengono cancellati dal sistema una volta che non sono più
+in uso.
+
+Questo comporta due problemi: il primo è che, al contrario di quanto avviene
+per pipe e fifo, la memoria allocata per questi oggetti non viene rilasciata
+automaticamente quando nessuno li vuole più utilizzare, ed essi devono essere
+cancellati esplicitamente, se non si vuole che restino attivi fino al riavvio
+del sistema. Il secondo è che, dato che non c'è un contatore di riferimenti,
+essi possono essere cancellati anche se ci sono dei processi che li stanno
+utilizzando, con tutte le conseguenze (negative) del caso.
+
+Gli oggetti usati nel System V IPC vengono creati direttamente dal kernel, e
+sono accessibili solo specificando il relativo \textsl{identificatore}. Questo
+è un numero progressivo (un po' come il \acr{pid} dei processi) che il kernel
+assegna a ciascuno di essi quanto vengono creati (sul procedimento di
+assegnazione torneremo in \secref{sec:ipc_sysv_id_use}). L'identificatore
+viene restituito dalle funzioni che creano l'oggetto, ed è quindi locale al
+processo che le ha eseguite. Dato che l'identificatore viene assegnato
+dinamicamente dal kernel non è possibile prevedere quale sarà, ne utilizzare
+un qualche valore statico, si pone perciò il problema di come processi diversi
+possono accedere allo stesso oggetto.
+
+Per risolvere il problema il kernel associa a ciascun oggetto una struttura
+\var{ipc\_perm}; questa contiene una \textsl{chiave}, identificata da una
+variabile del tipo primitivo \type{key\_t}, che viene specificata in fase di
+creazione e tramite la quale è possibile ricavare l'identificatore. La
+struttura, la cui definizione è riportata in \figref{fig:ipc_ipc_perm},
+contiene anche le varie proprietà associate all'oggetto.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}%,frame=,indent=1cm ]{}
+struct ipc_perm
+{
+ key_t key; /* Key. */
+ uid_t uid; /* Owner's user ID. */
+ gid_t gid; /* Owner's group ID. */
+ uid_t cuid; /* Creator's user ID. */
+ gid_t cgid; /* Creator's group ID. */
+ unsigned short int mode; /* Read/write permission. */
+ unsigned short int seq; /* Sequence number. */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \var{ipc\_perm}, come definita in \file{sys/ipc.h}.}
+ \label{fig:ipc_ipc_perm}
+\end{figure}
+
+Usando la stessa chiave due processi diversi possono ricavare l'identificatore
+associato ad un oggetto ed accedervi. Il problema che sorge a questo punto è
+come devono fare per accordarsi sull'uso di una stessa chiave. Se i processi
+sono \textsl{parenti} la soluzione è relativamente semplice, in tal caso
+infatti si può usare il valore speciale \texttt{IPC\_PRIVATE} per creare un
+nuovo oggetto nel processo padre, l'identificatore così ottenuto sarà
+disponibile in tutti i figli, e potrà essere passato come parametro attraverso
+una \func{exec}.
+
+Però quando i processi non sono \textsl{parenti} (come capita tutte le volte
+che si ha a che fare con un sistema client-server) tutto questo non è
+possibile; si potrebbe comunque salvare l'identificatore su un file noto, ma
+questo ovviamente comporta lo svantaggio di doverselo andare a rileggere. Una
+alternativa più efficace è quella che i programmi usino un valore comune per
+la chiave (che ad esempio può essere dichiarato in un header comune), ma c'è
+sempre il rischio che questa chiave possa essere stata già utilizzata da
+qualcun altro. Dato che non esiste una convenzione su come assegnare queste
+chiavi in maniera univoca l'interfaccia mette a disposizione una funzione,
+\func{ftok}, che permette di ottenere una chiave specificando il nome di un
+file ed un numero di versione; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+
+ \funcdecl{key\_t ftok(const char *pathname, int proj\_id)}
+
+ Restituisce una chiave per identificare un oggetto del System V IPC.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce la chiave in caso di successo e -1
+ altrimenti, nel qual caso \var{errno} viene settata ad uno dei possibili
+ codici di errore di \func{stat}.}
+\end{functions}
+
+La funzione determina un valore della chiave sulla base di \param{pathname},
+che deve specificare il pathname di un file effettivamente esistente e di un
+numero di progetto \param{proj\_id)}, che di norma viene specificato come
+carattere, dato che ne vengono utilizzati solo gli 8 bit meno
+significativi.\footnote{nelle libc4 e libc5, come avviene in SunOS,
+ l'argomento \param{proj\_id} è dichiarato tipo \ctyp{char}, le \acr{glibc}
+ usano il prototipo specificato da XPG4, ma vengono lo stesso utilizzati gli
+ 8 bit meno significativi.}
+
+Il problema è che anche così non c'è la sicurezza che il valore della chiave
+sia univoco, infatti esso è costruito combinando il byte di \param{proj\_id)}
+con i 16 bit meno significativi dell'inode del file \param{pathname} (che
+vengono ottenuti attraverso \func{stat}, da cui derivano i possibili errori),
+e gli 8 bit meno significativi del numero del dispositivo su cui è il file.
+Diventa perciò relativamente facile ottenere delle collisioni, specie se i
+file sono su dispositivi con lo stesso \textit{minor number}, come
+\file{/dev/hda1} e \file{/dev/sda1}.
+
+In genere quello che si fa è utilizzare un file comune usato dai programmi che
+devono comunicare (ad esempio un haeder comune, o uno dei programmi che devono
+usare l'oggetto in questione), utilizzando il numero di progetto per ottenere
+le chiavi che interessano. In ogni caso occorre sempre controllare, prima di
+creare un oggetto, che la chiave non sia già stata utilizzata. Se questo va
+bene in fase di creazione, le cose possono complicarsi per i programmi che
+devono solo accedere, in quanto, a parte gli eventuali controlli sugli altri
+attributi di \var{ipc\_perm}, non esiste una modalità semplice per essere
+sicuri che l'oggetto associato ad una certa chiave sia stato effettivamente
+creato da chi ci si aspetta.
+
+Questo è, insieme al fatto che gli oggetti sono permanenti e non mantengono un
+contatore di riferimenti per la cancellazione automatica, il principale
+problema del sistema di IPC di System V. Non esiste infatti una modalità
+chiara per identificare un oggetto, come sarebbe stato se lo si fosse
+associato ad in file, e tutta l'interfaccia è inutilmente complessa. Per
+questo ne è stata effettuata una revisione completa nello standard POSIX.1b,
+che tratteremo in \secref{sec:ipc_posix}.
+
+
+\subsection{Il controllo di accesso}
+\label{sec:ipc_sysv_access_control}
+
+Oltre alle chiavi, abbiamo visto che ad ogni oggetto sono associate in
+\var{ipc\_perm} ulteriori informazioni, come gli identificatori del creatore
+(nei campi \var{cuid} e \var{cgid}) e del proprietario (nei campi \var{uid} e
+\var{gid}) dello stesso, e un insieme di permessi (nel campo \var{mode}). In
+questo modo è possibile definire un controllo di accesso sugli oggetti di IPC,
+simile a quello che si ha per i file (vedi \secref{sec:file_perm_overview}).
+
+Benché questo controllo di accesso sia molto simile a quello dei file, restano
+delle importanti differenze. La prima è che il permesso di esecuzione non
+esiste (e se specificato viene ignorato), per cui si può parlare solo di
+permessi di lettura e scrittura (nel caso dei semafori poi quest'ultimo è più
+propriamente un permesso di modifica). I valori di \var{mode} sono gli stessi
+ed hanno lo stesso significato di quelli riportati in
+\secref{tab:file_mode_flags}\footnote{se però si vogliono usare le costanti
+ simboliche ivi definite occorrerà includere il file \file{sys/stat.h},
+ alcuni sistemi definiscono le costanti \macro{MSG\_R} (\texttt{0400}) e
+ \macro{MSG\_W} (\texttt{0200}) per indicare i permessi base di lettura e
+ scrittura per il proprietario, da utilizzare, con gli opportuni shift, pure
+ per il gruppo e gli altri, in Linux, visto la loro scarsa utilità, queste
+ costanti non sono definite.} e come per i file definiscono gli accessi per
+il proprietario, il suo gruppo e tutti gli altri.
+
+Quando l'oggetto viene creato i campi \var{cuid} e \var{uid} di
+\var{ipc\_perm} ed i campi \var{cgid} e \var{gid} vengono settati
+rispettivamente al valore dell'userid e del groupid effettivo del processo che
+ha chiamato la funzione, ma, mentre i campi \var{uid} e \var{gid} possono
+essere cambiati, i campi \var{cuid} e \var{cgid} restano sempre gli stessi.
+
+Il controllo di accesso è effettuato a due livelli. Il primo livello è nelle
+funzioni che richiedono l'identificatore di un oggetto data la chiave. Queste
+specificano tutte un argomento \param{flag}, in tal caso quando viene
+effettuata la ricerca di una chiave, qualora \param{flag} specifichi dei
+permessi, questi vengono controllati e l'identificatore viene restituito solo
+se corrispondono a quelli dell'oggetto. Se ci sono dei permessi non presenti
+in \var{mode} l'accesso sarà negato. Questo controllo però è di utilità
+indicativa, dato che è sempre possibile specificare per \param{flag} un valore
+nullo, nel qual caso l'identificatore sarà restituito comunque.
+
+Il secondo livello di controllo è quello delle varie funzioni che accedono
+direttamente (in lettura o scrittura) all'oggetto. In tal caso lo schema dei
+controlli è simile a quello dei file, ed avviene secondo questa sequenza:
+\begin{itemize}
+\item se il processo ha i privilegi di amministratore l'accesso è sempre
+ consentito.
+\item se l'userid effettivo del processo corrisponde o al valore del campo
+ \var{cuid} o a quello del campo \var{uid} ed il permesso per il proprietario
+ in \var{mode} è appropriato\footnote{per appropriato si intende che è
+ settato il permesso di scrittura per le operazioni di scrittura e quello
+ di lettura per le operazioni di lettura.} l'accesso è consentito.
+\item se il groupid effettivo del processo corrisponde o al
+ valore del campo \var{cgid} o a quello del campo \var{gid} ed il permesso
+ per il gruppo in \var{mode} è appropriato l'accesso è consentito.
+\item se il permesso per gli altri è appropriato l'accesso è consentito.
+\end{itemize}
+solo se tutti i controlli elencati falliscono l'accesso è negato. Si noti che
+a differenza di quanto avviene per i permessi dei file, fallire in uno dei
+passi elencati non comporta il fallimento dell'accesso. Un'ulteriore
+differenza rispetto a quanto avviene per i file è che per gli oggetti di IPC
+il valore di \var{umask} (si ricordi quanto esposto in
+\secref{sec:file_umask}) non ha alcun significato.
+
+
+\subsection{Gli identificatori ed il loro utilizzo}
+\label{sec:ipc_sysv_id_use}
+
+L'unico campo di \var{ipc\_perm} del quale non abbiamo ancora parlato è
+\var{seq}, che in \figref{fig:ipc_ipc_perm} è qualificato con un criptico
+``\textsl{numero di sequenza}'', ne parliamo adesso dato che esso è
+strettamente attinente alle modalità con cui il kernel assegna gli
+identificatori degli oggetti del sistema di IPC.
+
+Quando il sistema si avvia, alla creazione di ogni nuovo oggetto di IPC viene
+assegnato un numero progressivo, pari al numero di oggetti di quel tipo
+esistenti. Se il comportamento fosse sempre questo sarebbe identico a quello
+usato nell'assegnazione dei file descriptor nei processi, ed i valori degli
+identificatori tenderebbero ad essere riutilizzati spesso e restare di piccole
+dimensioni (inferiori al numero massimo di oggetti disponibili).
+
+Questo va benissimo nel caso dei file descriptor, che sono locali ad un
+processo, ma qui il comportamento varrebbe per tutto il sistema, e per
+processi del tutto scorrelati fra loro. Così si potrebbero avere situazioni
+come quella in cui un server esce e cancella le sue code di messaggi, ed il
+relativo identificatore viene immediatamente assegnato a quelle di un altro
+server partito subito dopo, con la possibilità che i client del primo non
+facciano in tempo ad accorgersi dell'avvenuto, e finiscano con l'interagire
+con gli oggetti del secondo, con conseguenze imprevedibili.
+
+Proprio per evitare questo tipo di situazioni il sistema usa il valore di
+\var{req} per provvedere un meccanismo che porti gli identificatori ad
+assumere tutti i valori possibili, rendendo molto più lungo il periodo in cui
+un identificatore può venire riutilizzato.
+
+Il sistema dispone sempre di un numero fisso di oggetti di IPC,\footnote{fino
+ al kernel 2.2.x questi valori, definiti dalle costanti \macro{MSGMNI},
+ \macro{SEMMNI} e \macro{SHMMNI}, potevano essere cambiati (come tutti gli
+ altri limiti relativi al \textit{System V IPC}) solo con una ricompilazione
+ del kernel, andando a modificarne la definizione nei relativi haeder file.
+ A partire dal kernel 2.4.x è possibile cambiare questi valori a sistema
+ attivo scrivendo sui file \file{shmmni}, \file{msgmni} e \file{sem} di
+ \file{/proc/sys/kernel} o con l'uso di \texttt{syscntl}.} e per ciascuno di
+essi viene mantenuto in \var{seq} un numero di sequenza progressivo che viene
+incrementato di uno ogni volta che l'oggetto viene cancellato. Quando
+l'oggetto viene creato usando uno spazio che era già stato utilizzato in
+precedenza per restituire l'identificatore al numero di oggetti presenti viene
+sommato il valore di \var{seq} moltiplicato per il numero massimo di oggetti
+di quel tipo,\footnote{questo vale fino ai kernel della serie 2.2.x, dalla
+ serie 2.4.x viene usato lo stesso fattore per tutti gli oggetti, esso è dato
+ dalla costante \macro{IPCMNI}, definita in \file{include/linux/ipc.h}, che
+ indica il limite massimo per il numero di tutti oggetti di IPC, ed il cui
+ valore è 32768.} si evita così il riutilizzo degli stessi numeri, e si fa
+sì che l'identificatore assuma tutti i valori possibili.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}{}
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+ ...
+ switch (type) {
+ case 'q': /* Message Queue */
+ debug("Message Queue Try\n");
+ for (i=0; i<n; i++) {
+ id = msgget(IPC_PRIVATE, IPC_CREAT|0666);
+ printf("Identifier Value %d \n", id);
+ msgctl(id, IPC_RMID, NULL);
+ }
+ break;
+ case 's': /* Semaphore */
+ debug("Semaphore\n");
+ for (i=0; i<n; i++) {
+ id = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT|0666);
+ printf("Identifier Value %d \n", id);
+ semctl(id, 0, IPC_RMID);
+ }
+ break;
+ case 'm': /* Shared Memory */
+ debug("Shared Memory\n");
+ for (i=0; i<n; i++) {
+ id = shmget(IPC_PRIVATE, 1000, IPC_CREAT|0666);
+ printf("Identifier Value %d \n", id);
+ shmctl(id, IPC_RMID, NULL);
+ }
+ break;
+ default: /* should not reached */
+ return -1;
+ }
+ return 0;
+}
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Sezione principale del programma di test per l'assegnazione degli
+ identificatori degli oggetti di IPC \file{IPCTestId.c}.}
+ \label{fig:ipc_sysv_idtest}
+\end{figure}
+
+In \figref{fig:ipc_sysv_idtest} è riportato il codice di un semplice programma
+di test che si limita a creare un oggetto (specificato a riga di comando),
+stamparne il numero di identificatore e cancellarlo per un numero specificato
+di volte. Al solito non si è riportato il codice della gestione delle opzioni
+a riga di comando, che permette di specificare quante volte effettuare il
+ciclo \var{n}, e su quale tipo di oggetto eseguirlo.
+
+La figura non riporta il codice di selezione delle opzioni, che permette di
+inizializzare i valori delle variabili \var{type} al tipo di oggetto voluto, e
+\var{n} al numero di volte che si vuole effettuare il ciclo di creazione,
+stampa, cancellazione. I valori di default sono per l'uso delle code di
+messaggi e un ciclo di 5 volte. Se si lancia il comando si otterrà qualcosa
+del tipo:
+\begin{verbatim}
+piccardi@gont sources]$ ./ipctestid
+Identifier Value 0
+Identifier Value 32768
+Identifier Value 65536
+Identifier Value 98304
+Identifier Value 131072
+\end{verbatim}%$
+il che ci mostra che abbiamo un kernel della serie 2.4.x nel quale non avevamo
+ancora usato nessuna coda di messaggi. Se ripetiamo il comando otterremo
+ancora:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./ipctestid
+Identifier Value 163840
+Identifier Value 196608
+Identifier Value 229376
+Identifier Value 262144
+Identifier Value 294912
+\end{verbatim}%$
+che ci mostra come il valore di \var{seq} sia in effetti una quantità
+mantenuta staticamente all'interno del sistema.
+
\subsection{Code di messaggi}
-\label{sec:ipc_messque}
+\label{sec:ipc_sysv_mq}
+
+Il primo oggetto introdotto dal \textit{System V IPC} è quello delle code di
+messaggi. Le code di messaggi sono oggetti analoghi alle pipe o alle fifo,
+anche se la loro struttura è diversa. La funzione che permette di ottenerne
+una è \func{msgget} ed il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/msg.h}
+
+ \funcdecl{int msgget(key\_t key, int flag)}
+
+ Restituisce l'identificatore di una cosa di messaggi.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce l'identificatore (un intero positivo) o -1
+ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene settato ad uno dei
+ valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EACCES}] Il processo chiamante non ha i privilegi per accedere
+ alla coda richiesta.
+ \item[\macro{EEXIST}] Si è richiesta la creazione di una coda che già
+ esiste, ma erano specificati sia \macro{IPC\_CREAT} che \macro{IPC\_EXCL}.
+ \item[\macro{EIDRM}] La coda richiesta è marcata per essere cancellata.
+ \item[\macro{ENOENT}] Si è cercato di ottenere l'identificatore di una coda
+ di messaggi specificando una chiave che non esiste e \macro{IPC\_CREAT}
+ non era specificato.
+ \item[\macro{ENOSPC}] Si è cercato di creare una coda di messaggi quando è
+ stato il limite massimo del sistema.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{ENOMEM}.
+}
+\end{functions}
+
+Le funzione (come le analoghe che si usano per gli altri oggetti) serve sia a
+ottenere l'identificatore di una coda di messaggi esistente, che a crearne una
+nuova. L'argomento \param{key} specifica la chiave che è associata
+all'oggetto, eccetto il caso in cui si specifichi il valore
+\macro{IPC\_PRIVATE}, nel qual caso la coda è creata ex-novo e non vi è
+associata alcuna chiave, il processo (ed i suoi eventuali figli) potranno
+farvi riferimento solo attraverso l'identificatore.
+
+Se invece si specifica un valore diverso da \macro{IPC\_PRIVATE}\footnote{in
+ Linux questo significa un valore diverso da zero.} l'effetto della funzione
+dipende dal valore di \param{flag}, se questo è nullo la funzione si limita ad
+effettuare una ricerca sugli oggetti esistenti, restituendo l'identificatore
+se trova una corrispondenza, o fallendo con un errore di \macro{ENOENT} se non
+esiste o di \macro{EACCESS} se si sono specificati dei permessi non validi.
+
+Se invece si vuole creare una nuova coda di messaggi \param{flag} non può
+essere nullo e deve essere fornito come maschera binaria, impostando il bit
+corrispondente al valore \macro{IPC\_CREAT}. In questo caso i nove bit meno
+significativi di \param{flag} saranno usati come permessi per il nuovo
+oggetto, secondo quanto illustrato in \secref{sec:ipc_sysv_access_control}.
+Se si imposta anche il bit corrispondente a \macro{IPC\_EXCL} la funzione avrà
+successo solo se l'oggetto non esiste già, fallendo con un errore di
+\macro{EEXIST} altrimenti.
+
+Si tenga conto che l'uso di \macro{IPC\_PRIVATE} non impedisce ad altri
+processi di accedere alla coda (se hanno privilegi sufficienti) una volta che
+questi possano indovinare o ricavare (ad esempio per tentativi)
+l'identificatore ad essa associato. Per come sono implementati gli oggetti di
+IPC infatti non esiste una maniera che garantisca l'accesso esclusivo ad una
+coda di messaggi. Usare \macro{IPC\_PRIVATE} o macro{IPC\_CREAT} e
+\macro{IPC\_EXCL} per \param{flag} comporta solo la creazione di una nuova
+coda.
+
+\begin{table}[htb]
+ \footnotesize
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|c|r|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Costante} & \textbf{Valore} & \textbf{File in \texttt{proc}}
+ & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{MSGMNI}& 16& \file{msgmni} & Numero massimo di code di
+ messaggi. \\
+ \macro{MSGMAX}& 8192& \file{msgmax} & Dimensione massima di un singolo
+ messaggio.\\
+ \macro{MSGMNB}&16384& \file{msgmnb} & Dimensione massima di una coda di
+ messaggi.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori delle costanti associati ai limiti delle code di messaggi.}
+ \label{tab:ipc_msg_limits}
+\end{table}
+
+Le code di messaggi sono caratterizzate da tre limiti fondamentali, definiti
+negli header e corrispondenti alle prime tre costanti riportate in
+\tabref{tab:ipc_msg_limits}, come accennato però in Linux è possibile
+modificare questi limiti attraverso l'uso di \func{syscntl} o scrivendo nei
+file \file{msgmax}, \file{msgmnb} e \file{msgmni} di \file{/proc/sys/kernel/}.
+
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering \includegraphics[width=15cm]{img/mqstruct}
+ \caption{Schema della struttura di una coda messaggi.}
+ \label{fig:ipc_mq_schema}
+\end{figure}
+
+
+Una coda di messaggi è costituita da una \textit{linked list};\footnote{una
+ \textit{linked list} è una tipica struttura di dati, organizzati in una
+ lista in cui ciascun elemento contiene un puntatore al successivo. In questo
+ modo la struttura è veloce nell'estrazione ed immissione dei dati dalle
+ estremità dalla lista (basta aggiungere un elemento in testa o in coda ed
+ aggiornare un puntatore), e relativamente veloce da attraversare in ordine
+ sequenziale (seguendo i puntatori), è invece relativamente lenta
+ nell'accesso casuale e nella ricerca.} i nuovi messaggi vengono inseriti in
+coda alla lista e vengono letti dalla cima, in \figref{fig:ipc_mq_schema} si è
+riportato lo schema con cui queste strutture vengono mantenute dal
+kernel.\footnote{lo schema illustrato in figura è in realtà una semplificazione
+ di quanto usato fino ai kernel della serie 2.2.x, nei kernel della serie
+ 2.4.x la gestione è effettuata in maniera diversa; ma esso illustra comunque
+ in maniera adeguata i principi di funzionamento delle code di messaggi.}
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+struct msqid_ds {
+ struct ipc_perm msg_perm; /* structure for operation permission */
+ time_t msg_stime; /* time of last msgsnd command */
+ time_t msg_rtime; /* time of last msgrcv command */
+ time_t msg_ctime; /* time of last change */
+ msgqnum_t msg_qnum; /* number of messages currently on queue */
+ msglen_t msg_qbytes; /* max number of bytes allowed on queue */
+ pid_t msg_lspid; /* pid of last msgsnd() */
+ pid_t msg_lrpid; /* pid of last msgrcv() */
+ struct msg *msg_first; /* first message on queue, unused */
+ struct msg *msg_last; /* last message in queue, unused */
+ unsigned long int msg_cbytes; /* current number of bytes on queue */
+};
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \var{msgid\_ds}, associata a ciascuna coda di
+ messaggi.}
+ \label{fig:ipc_msgid_sd}
+\end{figure}
+
+A ciascuna coda è associata una struttura \var{msgid\_ds}, la cui definizione
+è riportata in \secref{fig:ipc_msgid_sd}, il significato dei vari campi è
+riportato nella figura. In questa struttura il kernel\footnote{come accennato
+ questo vale fino ai kernel della serie 2.2.x, essa viene usata nei kernel
+ della serie 2.4.x solo per compatibilità in quanto è quella restituita dalle
+ funzioni dell'interfaccia. In \figref{fig:ipc_msgid_sd} sono elencati i
+ campi significativi definiti in \file{sys/msg.h}, a cui si sono agguinti gli
+ ultimi tre campi che sono previsti dalla implementazione originale di System
+ V, ma non dallo standard Unix98.} mantiene le principali informazioni
+riguardo lo stato corrente della coda. Quando si crea una nuova coda con
+\func{msgget} questa struttura viene inizializzata, in particolare il campo
+\var{msg\_perm} viene inizializzato come illustrato in
+\secref{sec:ipc_sysv_access_control}, per quanto riguarda gli altri campi
+invece:
+\begin{itemize}
+\item il campo \var{msg\_qnum}, che esprime il numero di messaggi presenti
+ sulla coda, viene inizializzato a 0.
+\item i campi \var{msg\_lspid} e \var{msg\_lrpid}, che esprimono
+ rispettivamente il \acr{pid} dell'ultimo processo che ha inviato o ricevuto
+ un messaggio sulla coda, sono inizializzati a 0.
+\item i campi \var{msg\_stime} e \var{msg\_rtime}, che esprimono
+ rispettivamente il tempo in cui è stato inviato o ricevuto l'ultimo
+ messaggio sulla coda, sono inizializzati a 0.
+\item il campo \var{msg\_ctime} viene inizializzato al tempo corrente.
+\item il campo \var{msg\_qbytes} viene inizializzati al limite di sistema.
+\item i campi \var{msg\_first} e \var{msg\_last} che esprimono l'indirizzo del
+ primo e ultimo messagio sono inizializzati a \macro{NULL} e
+ \var{msg\_cbytes}, che esprime la dimensione in byte dei messaggi presenti è
+ inizializzato a zero. Questi campi sono ad uso interno dell'implementazione
+ e non devono essere utilizzati da programmi in user space).
+\end{itemize}
+
+Una volta creata una coda di messaggi le operazioni di controllo vengono
+effettuate con la funzione \func{msgctl}, che (come le analoghe \func{semctl}
+e \func{shmctl}) fa le veci di quello che \func{ioctl} è per i file; il suo
+prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/msg.h}
+
+ \funcdecl{int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid\_ds *buf)}
+
+ Esegue l'operazione specificata da \param{cmd} sulla coda \param{msqid}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo o -1 in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} viene settato a:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EACCES}] Si è richiesto \macro{IPC\_STAT} ma processo chiamante
+ non ha i privilegi di lettura sulla coda.
+ \item[\macro{EIDRM}] La coda richiesta è marcata per essere cancellata.
+ \item[\macro{EPERM}] Si è richiesto \macro{IPC\_SET} o \macro{IPC\_RMID} ma
+ il processo non ha i privilegi, o si è richiesto di aumentare il valore di
+ \var{msg\_qbytes} oltre il limite \macro{MSGMNB} senza essere
+ amministratore.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EFAULT} ed \macro{EINVAL}.
+}
+\end{functions}
+
+La funzione permette di accedere ai valori della struttura \var{msqid\_ds},
+mantenuta all'indirizzo \param{buf}, per la coda specificata
+dall'identificatore \param{msqid}. Il comportamento della funzione dipende dal
+valore dell'argomento \param{cmd}, che specifica il tipo di azione da
+eseguire; i valori possibili sono:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{3cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\macro{IPC\_STAT}] Legge le informazioni riguardo la coda nella
+ struttura indicata da \param{buf}. Occorre avere il permesso di lettura
+ sulla coda.
+\item[\macro{IPC\_RMID}] Rimuove la coda, cancellando tutti i dati, con
+ effetto immediato. Tutti i processi che cercheranno di accedere alla coda
+ riceveranno un errore di \macro{EIDRM}, e tutti processi in attesa su
+ funzioni di di lettura o di scrittura sulla coda saranno svegliati ricevendo
+ il medesimo errore. Questo comando può essere eseguito solo da un processo
+ con userid effettivo corrispondente al creatore a o al proprietario della
+ coda, o all'amministratore.
+\item[\macro{IPC\_SET}] Permette di modificare i permessi ed il proprietario
+ della coda, ed il limite massimo sulle dimensioni del totale dei messaggi in
+ essa contenuti (\var{msg\_qbytes}). I valori devono essere passati in una
+ struttura \var{msqid\_ds} puntata da \param{buf}. Per modificare i valori
+ di \var{msg\_perm.mode}, \var{msg\_perm.uid} e \var{msg\_perm.gid} occorre
+ essere il proprietario o il creatore della coda, oppure l'amministratore; lo
+ stesso vale per \var{msg\_qbytes}, con la restrizione che solo
+ l'amministratore può incrementarne il valore a limiti superiori a
+ \macro{MSGMNB}.
+\end{basedescript}
+
+
+Una volta che si abbia a disposizione l'identificatore, per inviare un
+messaggio su una coda si utilizza la funzione \func{msgsnd}; il suo prototipo
+è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/msg.h}
+
+ \funcdecl{int msgsnd(int msqid, struct msgbuf *msgp, size\_t msgsz, int
+ msgflg)}
+
+ Invia un messaggio sulla coda \param{msqid}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0, e -1 in caso di errore, nel qual caso
+ \var{errno} viene settata a:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EACCES}] Non si hanno i privilegi di accesso sulla coda.
+ \item[\macro{EIDRM}] La coda è stata cancellata.
+ \item[\macro{EAGAIN}] Il messaggio non può essere inviato perché si è
+ superato il limite \var{msg\_qbytes} sul numero massimo di byte presenti
+ sulla coda, e si è richiesto \macro{IPC\_NOWAIT} in \param{flag}.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un \param{msgid} invalido, o un
+ valore non positivo per \param{mtype}, o un valore di \param{msgsz}
+ maggiore di \macro{MSGMAX}.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EFAULT} ed \macro{ENOMEM}.
+}
+\end{functions}
+
+La funzione inserisce il messaggio sulla coda specificata da \param{msqid}; il
+messaggio ha lunghezza specificata da \param{msgsz} ed è passato attraverso
+l'argomento \param{msgp}. Quest'ultimo deve venire passato sempre in una
+forma che corrisponda alla struttura \var{msgbuf} riportata in
+\figref{fig:ipc_msbug}. La struttura è solo un modello, la sola cosa che
+conta è abbia come primo membro un campo \var{mtype}, come nell'esempio; esso
+infatti serve ad identificare il tipo di messaggio e deve essere sempre
+specificato come intero positivo. Il campo \var{mtext} invece può essere di
+qualsiasi tipo e dimensione, e deve contenere il testo del messaggio.
+
+In generale pertanto occorrerà ridefinire una struttura analoga a quella di
+\figref{fig:ipc_msbug}, adattando alle proprie esigenze il campo \var{mtype},
+e avendo cura di mantenere come primo campo un valore di tipo \ctyp{long}. Il
+resto della struttura andrà a costituire il corpo del messaggio, la cui
+dimensione deve essere specificata sempre attraverso \param{msgsz}. Si tenga
+presente che la lunghezza che deve essere indicata in questo argomento è solo
+quella del messaggio, non di tutta la struttura, se cioè \var{message} è la
+struttura che si passa alla funzione, \param{msgsz} dovrà essere uguale a
+\code{sizeof(message)-sizeof(long)} (se consideriamo il caso dell'esempio in
+\figref{fig:ipc_msbug} \param{msgsz} dovrà essere pari a \macro{LENGHT}).
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+ struct msgbuf {
+ long mtype; /* message type, must be > 0 */
+ char mtext[LENGTH]; /* message data */
+ };
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Schema della struttura \var{msgbug}, da utilizzare come argomento
+ per inviare/ricevere messaggi.}
+ \label{fig:ipc_msbug}
+\end{figure}
+
+Per capire meglio il funzionamento della funzione riprendiamo in
+considerazione la struttura della coda illustrata in
+\secref{fig:ipc_mq_schema}. Alla chiamata di \func{msgsnd} il nuovo messaggio
+sarà aggiunto in fondo alla lista inserendo una nuova struttura \var{msg}, il
+puntatore \var{msg\_last} di \var{msqid\_ds} verrà aggiornato, come pure il
+puntatore al messaggio successivo per quello che era il precedente ultimo
+messaggio; il valore di \var{mtype} verrà mantenuto in \var{msg\_type} ed il
+valore di \param{msgsz} in \var{msg\_ts}; il testo del messaggio sarà copiato
+all'indirizzo specificato da \var{msg\_spot}.
+
+Il valore dell'argomento \param{flag} permette di specificare il comportamento
+della funzione. Di norma, quando si specifica un valore nullo, la funzione
+ritorna immediatamente a meno che si sia ecceduto il valore di
+\var{msg\_qbytes}, o il limite di sistema sul numero di messaggi, nel qual
+caso si blocca mandando il processo in stato di \textit{sleep}. Se si
+specifica per \param{flag} il valore \macro{IPC\_NOWAIT} la funzione opera in
+modalità non bloccante, ed in questi casi ritorna immediatamente con un errore
+di \macro{EAGAIN}.
+
+Se non si specifica \macro{IPC\_NOWAIT} la funzione resterà bloccata fintanto
+che non si liberano risorse sufficienti per poter inserire nella coda il
+messaggio, nel qual caso ritornerà normalmente. La funzione può ritornare, con
+una condizione di errore anche in due altri casi: quando la coda viene rimossa
+(nel qual caso si ha un errore di \macro{EIDRM}) o quando la funzione viene
+interrotta da un segnale (nel qual caso si ha un errore di \macro{EINTR}).
+
+Una volta completato con successo l'invio del messaggio sulla coda, la
+funzione aggiorna i dati mantenuti in \var{msqid\_ds}, in particolare vengono
+modificati:
+\begin{itemize}
+\item Il valore di \var{msg\_lspid}, che viene impostato al \acr{pid} del
+ processo chiamante.
+\item Il valore di \var{msg\_qnum}, che viene incrementato di uno.
+\item Il valore \var{msg\_stime}, che viene impostato al tempo corrente.
+\end{itemize}
+
+
+La funzione che permette di estrarre da una coda un messaggio (che sarà
+rimosso dalla stessa) è \func{msgrcv}; il suo prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/msg.h}
+
+ \funcdecl{ssize\_t msgrcv(int msqid, struct msgbuf *msgp, size\_t msgsz,
+ long msgtyp, int msgflg)}
+
+ Legge un messaggio dalla coda \param{msqid}.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce il numero di byte letti in caso di
+ successo, e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene settata
+ a:
+ \begin{errlist}
+ \item[\macro{EACCES}] Non si hanno i privilegi di accesso sulla coda.
+ \item[\macro{EIDRM}] La coda è stata cancellata.
+ \item[\macro{E2BIG}] Il testo del messaggio è più lungo di \param{msgsz} e
+ non si è specificato \macro{MSG\_NOERROR} in \param{msgflg}.
+ \item[\macro{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale mentre era
+ in attesa di ricevere un messaggio.
+ \item[\macro{EINVAL}] Si è specificato un \param{msgid} invalido o un valore
+ di \param{msgsz} negativo.
+ \end{errlist}
+ ed inoltre \macro{EFAULT}.
+}
+\end{functions}
+
+La funzione permette di estrarre un messaggio dalla coda e di scriverlo nel
+buffer indicato da \param{msgp}, che deve puntare ad una struttura della forma
+mostrata in \figref{fig:ipc_msbug}. L'argomento \param{msgsz} indica la
+lunghezza massima del testo del messaggio (equivalente al valore del parametro
+\macro{LENGHT} nell'esempio di \figref{fig:ipc_msbug}).
+
+Se il testo del messaggio ha lunghezza inferiore a \param{msgsz} esso viene
+rimosso dalla coda, in caso contrario se \param{msgflg} è impostato a
+\macro{MSG\_NOERROR} il messaggio viene troncato e la parte in eccesso viene
+perduta, altrimenti il messaggio non viene estratto e la funzione ritorna con
+un errore di \macro{E2BIG}.
+
+L'argomento \param{msgtyp} permette di restringere la ricerca ad un
+sottoinsieme dei messaggi presenti sulla coda; in particolare:
+\begin{itemize}
+\item se \param{msgtyp} è 0 viene estratto il messaggio in cima alla coda, cioè
+ quello fra i presenti che è stato inserito inserito per primo.
+\item se \param{msgtyp} è positivo viene estratto il primo messaggio il cui
+ tipo (il valore del campo \var{mtype}) corrisponde a quanto specificato.
+\item se \param{msgtyp} è negativo viene estratto il primo messaggio nella coda
+ con il tipo più basso, fra quelli di tipo inferiore al valore assoluto di
+ quanto specificato.
+\end{itemize}
+
+Il valore di \param{msgflg} permette di controllare il comportamento della
+funzione, esso può assumere valore nullo o essere specificato come maschera
+binaria di uno o più dei valori. Oltre al precedente \macro{MSG\_NOERROR}, si
+può impostare il valore \macro{MSG\_EXCEPT}, che quando \param{msgtyp} è
+positivo permette di leggere il primo messaggio nella coda con tipo diverso da
+\param{msgtyp}, ed il valore \macro{IPC\_NOWAIT} che causa il ritorno
+immediato della funzione quando non ci sono messaggi sulla coda.
+
+Il comportamento usuale della funzione infatti, quando non ci sono messaggi
+disponibili per la lettura, è di bloccare il processo in stato di
+\textit{sleep}; nel caso però si sia specificato \macro{IPC\_NOWAIT} la
+funzione ritorna immediatamente con un errore \macro{ENOMSG}. Altrimenti la
+funzione ritorna normalmente non appena viene inserito un messaggio del tipo
+desiderato, oppure ritorna con errore qualora la cosa sia rimossa (con un
+\macro{EIDRM}) o se il processo viene interrotto da un segnale (con un
+\macro{EINTR}).
+
+Una volta completata con successo l'estrazione del messaggio dalla coda, la
+funzione aggiorna i dati mantenuti in \var{msqid\_ds}, in particolare vengono
+modificati:
+\begin{itemize}
+\item Il valore di \var{msg\_lrpid}, che viene impostato al \acr{pid} del
+ processo chiamante.
+\item Il valore di \var{msg\_qnum}, che viene decrementato di uno.
+\item Il valore \var{msg\_rtime}, che viene impostato al tempo corrente.
+\end{itemize}
+
+
-Il primo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello delle code di
-messaggi.
\subsection{Semafori}
-\label{sec:ipc_semaph}
+\label{sec:ipc_sysv_sem}
+
+Il secondo oggetto introdotto dal \textit{System V IPC} è quello dei semafori.
+Un semaforo è uno speciale contatore che permette di controllare l'accesso a
+risorse condivise. La funzione che permette di creare o ottenere
+l'identificatore di un insieme di semafori è \func{semget}, ed il suo prototipo
+è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/sem.h}
+
+ \funcdecl{int semget(key\_t key, int nsems, int flag)}
+
+ Restituisce l'identificatore di un insieme di semafori.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce l'identificatore (un intero positivo) o -1
+ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene settato agli stessi
+ valori visti per \func{msgget}.}
+\end{functions}
+
+La funzione è del tutto analoga a \func{msgget} ed identico è l'uso degli
+argomenti \param{key} e \param{flag}, per cui non ripeteremo quanto detto al
+proposito in \secref{sec:ipc_sysv_mq}. L'argomento \param{nsems} permette di
+specificare quanti semafori deve contenere l'insieme qualora se ne richieda la
+creazione, e deve essere nullo quando si effettua una richiesta
+dell'identificatore di un insieme già esistente.
-Il secondo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello dei semafori.
+A ciascun insieme di semafori è associata una struttura \var{semid\_ds},
+riportata in \figref{fig:ipc_semid_sd}, come nel caso delle code di messaggi
+quando si crea un nuovo insieme di semafori con \func{semget} questa struttura
+viene inizializzata, in particolare il campo \var{sem\_perm} viene
+inizializzato come illustrato in \secref{sec:ipc_sysv_access_control}, per
+quanto riguarda gli altri campi invece:
+\begin{itemize*}
+\item il campo \var{sem\_nsems}, che esprime il numero di semafori
+ nell'insieme, viene inizializzato al valore di \param{nsems}.
+\item il campo \var{sem\_ctime}, che esprime il tempo di creazione
+ dell'insieme, viene inizializzato al tempo corrente
+\item il campo \var{sem\_otime}, che esprime il tempo dell'ultima operazione
+ effettuata, viene inizializzato a zero.
+\end{itemize*}
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{lstlisting}[labelstep=0]{}
+struct semid_ds
+{
+ struct ipc_perm sem_perm; /* operation permission struct */
+ time_t sem_otime; /* last semop() time */
+ time_t sem_ctime; /* last time changed by semctl() */
+ unsigned long int sem_nsems; /* number of semaphores in set */
+};
+
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La struttura \var{semid\_ds}, associata a ciascun insieme di
+ semafori.}
+ \label{fig:ipc_semid_sd}
+\end{figure}
\subsection{Memoria condivisa}
-\label{sec:ipc_shar_mem}
+\label{sec:ipc_sysv_shm}
+
+Il terzo oggetto introdotto dal \textit{System V IPC} è quello della memoria
+condivisa. La funzione che permette di ottenerne uno è \func{shmget} ed il suo
+prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/types.h}
+ \headdecl{sys/ipc.h}
+ \headdecl{sys/shm.h}
+
+ \funcdecl{int shmget(key\_t key, int size, int flag)}
+
+ Restituisce l'identificatore di una memoria condivisa.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce l'identificatore (un intero positivo) o -1
+ in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene settato agli stessi
+ valori visti per \func{msgget}.}
+\end{functions}
+
+La funzione, come \func{semget}, è del tutto analoga a \func{msgget}, ed
+identico è l'uso degli argomenti \param{key} e \param{flag}. L'argomento
+
+
+
+\section{La comunicazione fra processi di POSIX}
+\label{sec:ipc_posix}
+
+Lo standard POSIX.1b ha introdotto dei nuovi meccanismi di comunicazione,
+rifacendosi a quelli di System V, introducendo una nuova interfaccia che
+evitasse i principali problemi evidenziati in coda a
+\secref{sec:ipc_sysv_generic}.
+
-Il terzo oggetto introdotto dal \textit{SystemV IPC} è quello della memoria
-condivisa.
+
+\subsection{Considerazioni generali}
+\label{sec:ipc_posix_generic}
+
+
+
+\subsection{Code di messaggi}
+\label{sec:ipc_posix_mq}
+
+
+\subsection{Semafori}
+\label{sec:ipc_posix_sem}
+
+
+\subsection{Memoria condivisa}
+\label{sec:ipc_posix_shm}
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
projects / gapil.git / blobdiff